一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]化學氣相沉積(Chemical VaporDeposit 1n，CVD)金剛石薄膜具有許多接近天然金剛石的優異性能，如硬度高、彈性模量大，摩擦系數低、耐磨性強以及表面化學性能穩定等。CVD金剛石薄膜的制備不受基體形狀的制約，能夠直接沉積在復雜形狀基體的表面，因此，它非常適合作為耐磨、減摩以及保護性涂層材料應用于具有復雜形狀的硬質合金整體式刀具外表面，達到提高刀具耐磨性、延長刀具使用壽命等目的。
[0003]對涂層刀具來說，CVD金剛石薄膜與刀具基體之間的附著強度以及薄膜的表面特性是影響其工作壽命及加工性能的決定性因素。根據薄膜表面質量和結構成分的不同，CVD金剛石薄膜可被分為微米金剛石薄膜(Microcry stal IineDiamondFi lms，MO))和納米金剛石薄膜(NanocrystalIineDiamondFi Ims，NCD) JCD薄膜是由微米級柱狀多晶金剛石晶粒組成的，具有非常優異的耐磨性，并且與刀具基體之間具有良好的附著強度，這能夠大幅提高涂層刀具的工作壽命。然而，MCD薄膜表面的金剛石晶粒粗大、不均勻，薄膜表面較為粗糙，且無法進行表面拋光處理。在加工過程中，金剛石晶粒尖銳的棱角會導致加工過程中產生應力集中，造成金剛石晶粒沿晶界斷裂，最終導致薄膜脫落而使刀具失效。此外，MCD粗糙的表面會導致刀具與工件材料接觸時產生較大的磨損以及較高的切削力，從而影響涂層刀具的工作壽命。
[0004]與M⑶薄膜相比，N⑶薄膜的晶粒尺寸一般小于lOOnm，表面光滑平整，具有良好的表面質量，在獲得了良好的膜-基附著強度的同時，有效降低了金剛石涂層的表面粗糙度，提高了涂層刀具的切削性能。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法。
[0006]本發明解決上述技術問題所采取的技術方案如下:
一種微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法，其特征在于，銑刀包括刃部和柄部，刃部直徑范圍為0.01?3.175mm;所述刃部表面具有納米涂層，納米金剛石顆粒直徑范圍為20-500nm;包括如下步驟:
步驟一，刀具涂層的預處理，形成微孔結構，微孔結構的尺寸為20-200um;
步驟二，將微型銑刀裝入工裝中，再裝入沉積反應室內；
步驟三，將沉積反應室抽真空，再向沉積反應室通入甲烷、氫氣、氧氣、氬氣、乙烷等兩種氣體或多種氣體的混合物；
步驟四，在沉積反應室中，沉積過程分為加熱期、成核期、納米涂層生長期、生長末期4個階段，4個階段采用不同的氣相沉積條件；
步驟五，在沉積的加熱器，反應腔體溫度為500°C-1400 V ; 步驟六，反應生成的金剛石涂層均勾包覆在銑刀刃部，厚度為20nm-100um;
步驟七，成品清潔，將完成涂層的刀具表面的可能殘余的石墨用負壓噴嘴吸除。
[0007]優選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟一中刀具表面經雙氧水在20攝氏度至80攝氏度腐蝕10分鐘至I小時，在硬質合金基體材料表面形成微孔，再在乙醇、異丙醇、甘油、丙酮一種或多種混合溶液中超聲波清洗，在烘箱內100-120 0C下烘干。
[0008]進一步地，優選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟二中反應室內利用熱絲CVD在刀具刃部表層制備金剛石涂層，含碳氣源CH4、C2H6，C3H8在高溫下的真空腔體中分解離化后產生原子碳，含碳氣源組成為甲烷、氫氣和氮氣的混合氣體，其中CH4體積百分濃度為8%_13%，CH4/H2體積比為0.2-0.3，N2/H2體積比為0.2?0.4，反應壓力為0.16-10kPa;同時，在沉積基體表面重新鍵合成納米金剛石(100)或(111)晶相結構，并逐漸形成結晶的納米金剛石涂層；
進一步地，優選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的熱絲CVD的溫度1800-2000°C，基體溫度為800-1000°C。
[0009]進一步地，優選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟三中甲烷、氫氣及氧氣的體積百分比為(0.01%?20%): (70%?99.99%): (O?20%)。
[0010]進一步地，優選的，所述的微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的步驟五中加熱器的加熱絲選自鎢錸合金絲或鉭鈮絲，加熱絲的溫度為1500?2500°C。
[0011]本發明采取了上述方案以后，可在具有復雜形狀外表面的硬質合金銑刀表面制備獲得一層均勻連續的納米CVD金剛石合涂層，該納米金剛石涂層具有優異的膜-基附著強度、光滑平整的表面質量、優異的耐磨減摩及自潤滑特性，同時還具有內應力低、涂層厚度均勻等特點，從而讓刀具不同位置的涂層厚度約為6?8μπι。因此，在同等切削條件下，納米金剛石涂層銑刀的工作壽命可比硬質合金銑刀提高8?10倍，在整個切削過程中涂層刀具表面無薄膜脫落現象，使得刀具的加工壽命更長、加工質量更高，減少加工過程的換刀頻率，提高生產效率，降低生產成本。
[0012]本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖對本發明進行詳細的描述，以使得本發明的上述優點更加明確。其中，
圖1是本發明微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的流程圖；
圖2是本發明微型銑刀納米金剛石涂層的制備方法的反應室示意圖；
圖3是本發明微型銑刀納米金剛石涂層的具體實施例1的工藝條件；
圖4是本發明微型銑刀納米金剛石涂層的具體實施例2的工藝條件。
【具體實施方式】
[0014]以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。
[0015]具體實施例1:
采用金剛石涂層設備進行制作，制備時，包括如下步驟:<